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P12 - Caractérisation des émissions de composés organiques volatils des déjections animales et de leur réactivité à l'ozone

K.M. HAIDER (1,2), F. LAFOUGE (2), C. DECUQ (2), B. ESNAULT (2), A. FORTINEAU (2), Y. CARPENTIER (1), D. PETITPREZ (3), C. FOCSA (1), R. CIURARU (2)

1. Université de Lille, CNRS, UMR 8523 - PhLAM - Physique des Lasers, Atomes et Molécules, Lille, France
2. INRAE, UMR ECOSYS, INRAE, AgroParisTech, Université Paris-Saclay, Thiveral-Grignon, France
3. Université de Lille, CNRS, UMR 8522 – PC2A – PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère, Lille, France

[2022]

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Résumé

Les composés organiques volatils (COV) sont importants pour la production d'ozone et des précurseurs critiques des aérosols organiques secondaires dans l'atmosphère. Les activités agricoles telles que l'utilisation d'engrais minéraux, l'élevage et l'épandage de fumier animal contribuent à la pollution atmosphérique. L'épandage de fumier animal sur le sol est associé à divers polluants tels que les aérosols primaires, l'ammoniac et le sulfure d'hydrogène, ainsi qu'aux émissions de COV. Dans ce contexte, une étude expérimentale a été menée sur différents types de fumier (vache, cheval, brebis et chèvre) collectés à Grignon (Paris, France). Les échantillons ont été placés dans des chambres de simulation atmosphérique et les émissions en phase gazeuse de composés organiques volatils et leurs produits d'oxydation résultant de réactions d'ozonolyse ont été caractérisés par spectrométrie de masse. Plus de deux cents COV ont été détectés et quantifiés. Les familles de COV détectées comprenaient des composés oxygénés, azotés, soufrés, des composés azotées et oxygénées et des hydrocarbures. Les composés oxygénés se sont avérés être les COV dominants dans tous les échantillons. Lorsqu'ils sont exposés à l'ozone, seuls les échantillons de fumier de vache ont montré une réactivité due à la présence du scatole (C9H9N). Cependant, aucune formation de particules n'a été observée dans nos conditions expérimentales. Cela est principalement dû aux faibles émissions de SO2 des échantillons, car le SO2 et le scatole jouent un rôle clé dans la formation d'aérosols organiques secondaires. Les données expérimentales obtenues dans le cadre de cette étude aideront à améliorer les inventaires des émissions par les activités agricoles et fourniront des informations sur les COV d'origine agricole qui peuvent servir de précurseurs d'aérosols organiques secondaires en présence de photo-oxydants, comme l'ozone.


Mots clés

produits résiduaires organiques, composés organiques volatils, réactivité à l'ozone, aérosol organique secondaire, spectrométrie de masse

Abstract

Volatile organic compounds (VOCs) are significant to ozone production and critical precursors of secondary organic aerosols in the atmosphere. Agricultural activities such as the use of mineral fertilizers, livestock production and land application of animal manure contribute to atmospheric pollution. Land application of animal manure is associated with variety of pollutants such as primary aerosols, ammonia, and hydrogen sulfide as well as VOC emissions. In this context, an experimental study was carried out on different animal manures (e.g. cow, horse, sheep, and goat) taken from Grignon (Paris, France). The samples were placed in atmospheric simulation chambers and the gas phase emissions of VOCs and their oxidation products resulting from ozonolysis reactions were characterized using mass spectrometric tools. More than two hundred VOCs were detected and quantified. The detected VOCs families included oxygenated compounds, nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, nitrogen and oxygen containing compounds and hydrocarbons. Oxygenated compounds were found to be the dominating VOCs in all samples. When exposed to ozone, only cow manure samples showed reactivity due to skatole (C9H9N). However, no particle formation was observed in our experimental conditions. This is mainly explained by low SO2 emissions from the samples, as SO2 together with skatole play a key role in secondary organic aerosol formation. The experimental dataset obtained in this study will help to improve emission inventories for agricultural activities and provide deeper insights into potential VOCs that can serve as secondary organic aerosol precursors in the presence of photo-oxidants (e.g. ozone).


Keywords

organic waste products, volatile organic compounds, ozone reactivity, secondary organic aerosol, mass spectrometry

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2022-27971

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